以无刷直流电动机为基础，介绍了一种基于高效DC/D C 电源模块的电动车控制系统。讨论了无刷直流电动机的组成和基本工作原理，设计了包括电源电压转换电路、驱动及功率主电路及保护电路在内的硬件控制电路，并编写了相应的软件控制系统。

因此将高效的电源模块使用在电动车上具有重要的工程实际意义。

1 无刷直流电机简介

1 . 1 无刷直流电动机组成

无刷直流电动机是一种典型的机电一体化产品，它是由电动机本体、位置检测器、逆变器和控制器组成的自同步电动机系统或自控式变频同步电动机，其组成结构如图1 所示。位置检测器检测转子磁极的位置信号，控制器对转子位置信号进行逻辑处理并产生相应的开关信号，开关信号以一定的顺序触发逆变器的功率开关器件，将电源功率以一定的逻辑关系分配给电动机定子各相绕组，使电机产生持续不断的转矩。

1 . 2 无刷直流电机的基本工作原理

无刷直流电机的工作原理图如图2 所示。无刷直流电机本体的电枢绕组为三相星形连接，位置传感器与电机本体同轴，控制电路对位置信号进行逻辑变换后产生驱动信号，驱动信号经驱动电路隔离放大后控制逆变器的功率管开关，使电机的各相绕组按一定的顺序工作。其中，有一种常用工作方式为两相导通星形三相六状态方式，即转子在空间每转60℃电角度，定子绕组就进行换流，定子合成磁场的磁状态就发生跃变。

2 控制系统硬件实现

2 . 1 辅助电源电压转换电路

在实际控制器中，驱动芯片IR2103需要15V ，单片机、LM358、74LS0 8 需要5V 的电源供电。而电动车的电池为48V 直流电，所以要将48V 变为15V 和5V ，这就需要电压转换电路。在这部分采用了高效的DC/DC电源模块，来提供稳定的电压，具体电路图如图3 所示。

2 . 2 驱动及功率主电路

主功率逆变电路如图4 所示。主电路为三相全桥结构，因为三相是完全一致的，图中只画了一相。无刷直流电动机以“两相导通三相六状态”方式运行，即每一状态中有两相绕组导通，电机每转过一周有六种磁势状态，这六种磁势状态互差6 0 度电角度，形成跳跃式的旋转磁场。由于单片机输出的换相信号电流不足以驱动MOSFET，所以需要另加驱动。驱动芯片选择IR2103。

2 . 3 保护电路

无刷直流电动机控制系统中，保护电路占据着很重要的地位，主要作用是保护控制系统的部件单片机免受高电压、过电流冲击，同时也保护电机的驱动电路免受损坏。整个系统的保护电路主要有两个部分:过流保护电路、欠电压保护电路。

电流检测及过流保护电路如图5 所示：使用LM3 5 8 的两个运算放大器，一个作隔离放大用，另一个作比较输出用。LM3 5 8 的脚7 是过流信号，此信号与PWM信号相与，然后，再与各相的驱动信号相与，用来驱动IR2 1 0 3芯片的两个输入引脚。

电压检测电路及欠压保护是通过电阻分压和软件编程实现的，如图6 所示。

电动车由蓄电池提供48 V 的直流电。如果电压小于42 V ，则算作欠压。欠压保护电路的作用是，当输出电压低于设计值(42V )时，把输出限定在某一安全值的范围内，或使输出电压关闭，从而达到保护电源模块和用电设备的双重功效。

3 软件设计系统

主程序要完成系统的初始化，中断设置，变量初始化和电机的软起动过程。为了在初始化的过程中，防止中断的意外到来，应在主程序的开始处先关闭中断，完成初始化后，再打开中断。完成软起动后，主程序进入一个查询操作的循环过程，程序不断地查询判断换相更新标志是否为真，若为真则调用换相服务子程序以给电机相应定子绕组通电;若为假则等待换相更新标志在ADC转换结束中断子程序中置为真，主流程图如图7 所示。